Sähkögeneraattori

Sähkögeneraattori on laite tuottaa sähköenergiaa toisesta muodossa energiaa . Sitä vastoin laitetta, joka kuluttaa sähköenergiaa, kutsutaan sähköiseksi vastaanottimeksi .

Mallinnus

Todellinen generaattori voidaan mallintaa kahdella eri tavalla:

ihanteellinen jännitettä generaattorin , jossa on sarja vastus ;
ihanteellinen nykyinen generaattori , jossa on vastus liitetty rinnan.

Ihanteellinen jännitegeneraattori

Ihanteellinen jännitegeneraattori on teoreettinen malli. Se on dipoli, joka pystyy asettamaan vakion jännitteen riippumatta sen liittimiin liitetystä kuormasta. Sitä kutsutaan myös jännitelähteeksi .

Avoimassa piirissä jännite, joka on sen liittimissä, kun se ei tuota virtaa, on kuormittamaton jännite. Jännitegeneraattori on siis virtuaalinen dipoli, jonka jännite sen napoissa on aina yhtä suuri kuin kuormittamaton jännite, riippumatta vedetyn virran arvosta;

Jännitegeneraattori voi olla vain teoreettinen malli, koska oikosulussa sen pitäisi tuottaa ääretön virta ja antaa sen vuoksi yhtä ääretön teho, joka on epäkäytännöllistä;

Suuri määrä generaattoreita voidaan mallintaa yhdistämällä ihanteellinen jännitegeneraattori ja sarjavastus, joka aiheuttaa jännitehäviön kokoonpanossa, kun syötetty virta kasvaa. Tällaista mallia kutsutaan Théveninin todellisen generaattorin malliksi .

Kaksi eriarvoista jännitegeneraattoria ei ole mahdollista sijoittaa rinnakkain, siksi:
- on erittäin suositeltavaa olla asettamatta käytettyä akkua rinnalle uuden pariston kanssa;
- täydellinen nollavastuksen johdin voidaan mallintaa nollajännitegeneraattorilla. Dipolin oikosulku täydellä johtimella merkitsee nollajännitteen asettamista sen liittimiin. Siksi jännitegeneraattoria ei saa koskaan oikosuluttaa: tämä tarkoittaa samanaikaisesti kahden eri jännitteen asettamista.

Kondensaattori on jännite generaattori ohimenevä mielessä: se kielletään jännite epäjatkuvuuden navoissaan:
- kun oikosuljetaan ladattua kondensaattoria, nykyinen transientti voi olla hyvin väkivaltainen;
- kun alun perin purettu kondensaattori kytketään rinnakkain sektorin kanssa, viimeksi mainitun jännite on mielivaltainen kytkentähetkellä. Siksi on mahdollista, että se eroaa hyvin nollasta; tällöin nykyinen transientti on silloin erittäin väkivaltainen ja voi tuottaa kipinän kytkimen tasolla. Tämä ilmiö havaitaan joskus kytkettäessä kytkennän virtalähde virtalähde.

Ihanteellinen virtageneraattori

Ihanteelliselle virtageneraattorille tuotettu virta on vakio riippumatta vaaditusta jännitteestä ja syötettävästä kuormasta. Sitä kutsutaan myös nykyiseksi lähteeksi .

Se on myös teoreettinen malli, koska nollavirran ulkopuolisen generaattorin käsittävän piirin avaamisen pitäisi johtaa äärettömän jännitteen syöttämiseen. On mahdotonta sijoittaa kahta eriarvoista virtalähdettä sarjaan, koska tämä merkitsee kahden eri virran asettamista samaan johtoon.

Todelliset generaattorit voidaan yksinkertaisesti mallintaa yhdistämällä ihanteellinen virtageneraattori ja rinnakkain kytketty vastus. Tällaista mallia kutsutaan Norton-malliksi .

Induktiivinen dipoli on virranmuodostaja ohimenevässä mielessä, joka vastustaa kaikkia sen läpi virtaavan virran voimakkuuden vaihteluita. Kun avataan piiri, joka käsittää induktiivisen dipolin, jonka halkaisija on nollavirta, voi ilmestyä korkea jännite, joka voi luoda sähkökaaren kytkimen tasolle (tämä kaari voidaan vaimentaa kondensaattorilla), kuten tapahtuu kytkin vanhassa syttymisen piirit bensiini - autoihin .

Pyörivä kone

Suurin osa sähkögeneraattoreista on pyöriviä koneita, toisin sanoen järjestelmiä, joissa on kiinteä osa, ja liikkuvaa osaa, joka pyörii kiinteän osan sisällä (tai sen ympärillä). Kuitenkin erilaisia pyörivien koneiden luotu vuosisatojen merkitsee huomattavia eroja eri teknologioista ja tekniikoista käytetään tuottamaan nykyistä, toisaalta, ja "avustavia järjestelmiä ( taajuusmuuttajat , tehoelektroniikan , jne ) mahdollisesti tarpeen heidän moitteettoman toiminnan.

Sähköstaattinen generaattori

Sähköstaattinen generaattori ei ole pyörivä kone, vaikka se käyttää harjoissa hankaavaa levyä. Tämä käsite on kuitenkin peräisin pyörivien koneiden suunnittelusta.

Sähköstaattinen Laite käyttää lakeja sähköstatiikan toisin ns sähkömagneettinen koneita . Vaikka sähköstaattisia moottoreita on kuviteltu (ne toimivat sähköstaattisten generaattoreiden vastavuoroisuuden periaatteella), ne eivät ole onnistuneet (mutta nanoteknologiat voisivat tarjota tällaisia sähköstaattisia "nanomoottoreita"); Toisaalta, koska erittäin korkea jännite generaattorit , sähköstaattinen koneet tietää niiden pääasiallinen sovellus alalla ioneja tai elektroneja kiihdyttimiä. Ne muuttavat mekaanisen energian sähköenergiaksi, jonka ominaisuudet ovat erittäin korkea tasajännite ja mikrovirta. Voiman koneissa XVIII nnen vuosisadan ja XIX : nnen vuosisadan oli todella pieni (muutama watti) ja mekaanisen hankauksen jätti heidät hyvin huono suorituskyky. Syynä on, että sähkökentän enimmäistehotiheys ilmassa on hyvin pieni. Sähköstaattisia koneita voidaan käyttää (teollisesti) vain, jos ne toimivat ympäristössä, jossa sähkökentän energiatiheys on melko korkea, toisin sanoen käytännöllisesti katsoen paineistetussa kaasussa, joka on yleensä vety- tai rikkiheksafluoridi (SF 6 ), 10 - 30 ilmakehän paineet .

Dynamo

Tasavirtaa generaattori kansanomaisesti kutsutaan " dynamo " on, kuten monet sähkögeneraattorit, pyörivän koneen. Se keksittiin vuonna 1861 Unkarin Ányos Jedlik ja parani vuonna 1871 Belgian Zénobe Gramme .

Koska tämä kone on käännettävä, se voi toimia sekä generaattorina että moottorina. Siitä tulee helposti sähkömoottori, mikä tarkoittaa, että kun dynamo on pysäytettynä, se on irrotettava kuormastaan, jos se voi antaa sille virran vastineeksi: akku , muu dynamo. Tätä ominaisuutta käytettiin pienissä autoissa 1970-luvulla. Relejärjestelmä liitti akun siihen virran syöttämiseksi dynastariin, joka käynnisti polttomoottorin ja siirtyi automaattisesti dynamoon saavutettuaan tietyn nopeuden.

Laturi

Faraday löysi vuonna 1832 sähkömagneettisen induktion ilmiöt, jotta hän voisi harkita vaihtojännitteiden ja sähkövirtojen tuottamista magneeteilla . Pixii rakensi Ampèren ohjeiden mukaan samana vuonna ensimmäisen koneen, jonka Sexton ja Clarke valmistivat (1833 - 1834). Laturi on pyörivä kone , joka muuntaa mekaanista energiaa syötetään roottorin osaksi vaihtovirran sähköenergiaksi .

Yli 95% sähköenergiasta tuotetaan vaihtovirtageneraattoreilla : sähkömekaanisilla koneilla, jotka toimittavat vaihtovirtajännitteitä suhteessa niiden pyörimisnopeuteen. Nämä koneet ovat halvempia ja niiden hyötysuhde on parempi kuin dynamojen , koneiden, jotka tuottavat jatkuvia jännitteitä (hyötysuhde luokkaa 95% 85%: n sijasta).

Laturin periaate

Tämä kone koostuu roottorista (pyörivä osa) ja staattorista (kiinteä osa).

roottori induktori voi koostua pysyvä magneetti (muodostaen täten vakio kenttä), tässä tapauksessa jännite toimitetaan koneen ei ole säädettävissä (jos ei oteta huomioon häviöitä johtimet) ja sen rms-arvo ja sen taajuus vaihtelee pyörimisnopeudella. Yleisemmin sähkömagneetti tarjoaa induktion. Tämä käämi syötetään tasavirralla joko pyörivän renkaan kerääjän (kaksoisrengas harjoilla) avulla, joka tuo ulkoisen lähteen, tai pyörivällä diodilla ja harjattomalla virittimellä . Säätöjärjestelmä mahdollistaa tuotetun virran jännitteen tai vaiheen säätämisen . staattori ankkuri koostuu käämien joka on istuin vaihtovirran sähkövirran indusoi jonka vaihtelu vuon magneettikentän vuoksi suhteellisen liikkeen kelan suhteen ankkurin. Erilaisia vaihtovirtageneraattoreita Teollisuusgeneraattorit

Teollisuuden vaihtovirtageneraattorit, ankkuri koostuu kolmesta käämien järjestetty 360 ° / 3p (p: parien lukumäärä pylväät ) tai 120 ° / 1p varten napojen parin ja kolme käämitystä, jotka tarjoavat järjestelmän kolmivaiheisen vaihtojännitteen virrat .

Napaparien määrän lisääminen mahdollistaa koneen pyörimisnopeuden alentamisen. Koska verkon taajuus on 50 Hz ( 50 jaksoa sekunnissa tai 3000 jaksoa minuutissa), synkronikoneiden on noudatettava tätä rytmiä verkon toimittamiseksi. Napojen määrän lisääminen mahdollistaa useamman jakson suorittamisen yhdelle kierrokselle ja kun taajuus on kiinteä, pyörimisnopeus on hidastettava 3000 jaksoa minuutissa (50 Hz: ssä ).

In terminen teho kasvit (ydin- tai tavanomainen), joka on höyryä turbiinin tai kaasuturbiinin pyörivät suurella nopeudella on kytketty turbo-generaattori . Tämän tyyppinen generaattori pyörii yleensä nopeudella 1500 rpm (nelinapainen roottori) tai 3000 rpm (kaksinapainen roottori) jakeluverkkoihin taajuudella 50 Hz . Sähköteho toimittamat yksi turbo-generaattorit ydinvoimalan pääsee 1800 mega wattia .
Hydraulivoimalaitoksilla, joiden turbiinit pyörivät hitaammin, on roottorit, joissa on suuri määrä pylväitä (14-16 napaa ). Akselin pyörimisakseli voi olla pysty- tai vaakasuora, ja tämän akselin halkaisija on tärkeä.
Suurissa generaattorisarjoissa käytetään yleensä hidasta dieselmoottoria . Tässä tapauksessa laturin roottori on hyvin samanlainen kuin hydraulisen vaihtovirtageneraattorin, jossa on suuri määrä napoja, suuri halkaisija ja suuri hitausmomentti, joka absorboi moottorin akselin pyörimisnopeuden vaihtelut.

Kotimaan vaihtovirtageneraattorit

Kotitalousgeneraattoreissa ( yksivaiheinen generaattori ) ankkuri koostuu yhdestä käämityksestä.

Sisäiset vaihtovirtageneraattorit

On- board generaattoreita , muun muassa on moottoriajoneuvojen ajoneuvot , ovat kolmivaiheisia generaattoreita varustettu tasasuuntaajan järjestelmä ( diodit ), joka tuottaa tasavirtaa jännitteellä noin 14 V autojen ja 28 V ja kuorma , syöttämiseksi ajoneuvon sähköenergian ja akun lataaminen energian tuottamiseksi moottorin ollessa pysäytettynä. Se on liitettävä jännitteen säätimeen, joka suojaa akkua ylikuormitukselta.
Huonosti nimetyt polkupyörien "dynamot" ovat myös vaihtovirtageneraattoreita, joista induktori koostuu yhdestä tai useammasta kestomagneetista.

Tuuliturbiini

Tietyissä tapauksissa, esimerkiksi tietyissä tuuliturbiineissa , roottori on ulkoinen ja kiinteä staattori sijoitetaan generaattorin keskelle. Tuuliturbiinin siivet on kytketty suoraan roottoriin. Tuuliturbiini on laturi .

Asynkroninen generaattori

Epätahtikoneiden toimivat hypersynchronous (pyörimistaajuus on suurempi kuin synkroninen taajuus) myös tehoa sähköverkkoon , johon ne on liitetty. Niillä on se haitta, etteivät ne pysty säätelemään jännitettä , toisin kuin synkronikoneet, jotka voivat varmistaa sähköverkkojen vakauden . Niitä käytetään kuitenkin yhä enemmän pienissä ja keskisuurissa generaattoreissa, kuten tuuliturbiinissa ja mikrotammissa , elektroniikan viimeaikaisen kehityksen ansiosta . Yksi sovelluksista on kaksisyöttöinen asynkroninen kone .

Pyörimätön generaattori

On sähkögeneraattoreita, jotka eivät vaadi pyörivää konetta , kuten:

sähkökemiallinen generaattori: Sähkökemialliset akut ovat suorajännitegeneraattoreita, mahdollisesti ladattavia, joita käytetään sähköteknisissä ja kannettavissa elektronisissa sovelluksissa . Sähkökenno tai auton akun ovat hyviä esimerkkejä sähkökemiallisen akkujen
aurinkosähkögeneraattori: Aurinkopaneelit käyttävät aurinkoenergiaa sähkön tuottamiseen. Ne ovat usein aurinkosuuntaajien tukemia , jotta paneeleista tuleva tasavirta muuttuu sähköverkon vaihtovirraksi ;
generaattoriin radioaktiivisuus: Tällä radioisotooppinen termosähkögeneraattori käyttää lämmön annetaan pois päältä radioaktiivisuus ( hajoamista ja radioaktiivisten hiukkasten ), joka isotoopin muuntaa se sähköä . Tämän tyyppistä generaattoria käytetään pääasiassa avaruussovelluksiin (esimerkiksi sähkön toimittamiseen satelliittiin tai avaruuskoettimeen ).

Generaattori kehitteillä

Muita generaattoritekniikoita kehitetään ilman suurta teollista sovellusta:

generaattori käyttämällä radioaktiivisuuden: Tällä beeta-aurinkosähkölaitteisiin generaattori on prototyyppi käyttäen rappeutuminen ja radioaktiivisten hiukkasten . Ero tavanomaisiin ydin- tai isotooppigeneraattoreihin on, että ne eivät käytä tuotettua lämpöä, vaan suoraan hiukkasen hajoamisen lähettämiä elektroneja ;
generaattori, joka käyttää merienergiaa: Kokeita on käynnissä merienergiaa käyttävien generaattorien suunnittelemiseksi ja validoimiseksi teollisesti ;
termomagneettinen generaattori, joka on tarkoitettu lämmön talteenottoon: Nämä generaattorit käyttävät termomagneettista konvektiota (en) , toisin sanoen magnetoinnin vaihtelua lämpötilan funktiona. Tällöin suoritetaan termodynaamiset syklit lämpötilan vaihtelun muuttamiseksi magnetoinnin vaihteluksi. Tämä vaihtelu muutetaan sitten mekaaniseksi energiaksi ja lopulta sähköenergiaksi.

Huomautuksia ja viitteitä

Huomautuksia

Koska jännitteet ovat erilaiset, uusi paristo virtaa käytetyn pariston läpi, kunnes kahden pariston jännite on identtinen. Koska kaikki paristot eivät tue tällaista kuormaa, ylikuumenemisriski on suuri.
Katso artikkeli Tasavirta .
Haavaroottorigeneraattori mahdollistaa P: n ja Q: n ja siten myös vaiheen ohjaamisen tietyllä toiminta-alueella.

Viitteet

Simon Sellem, ” Lähdeyhdistyksen säännöt staattisissa muuntimissa ” , studylibfr.com -sivustolla
(sisään) Bollee B.Elektrostatische Motoren , Philips Technische Rundshau, Voi. 30, n o 617, 1969 Sivumäärä 175-191 .
Noël J.Felici, sähköstaattinen kurssi , 1960, Grenoble.
Alfred Picard , vuoden 1889 kansainvälinen kansainvälinen näyttely Pariisissa. Yleiskertomus , voi. 7: Koneteollisuuden työkalut ja prosessit. Sähkö (jatkuu) (vuoden 1889 maailmanmessujen ryhmä VI) , sivu 299Lue verkossa
François BERNOT, " Suuritehoiset synkronigeneraattorit (osa 1) ", tekniikatekniikka ,10. elokuuta 2002
Michel Verrier, Pascal Chay ja Mathieu Gabion, " Turboalternateurs ", tekniikan tekniikka ,10. tammikuuta 2009( lue verkossa ).
[PDF] -tutkimus asynkroniseen koneeseen perustuvasta tuuliturbiinista , Cndp.fr - Dokumenttitietokannat
Termodynamiikan leksikografiset ja etymologiset määritelmät ranskan tietokoneavusteisesta kassasta kansallisen teksti- ja leksikaalisten resurssien keskuksen verkkosivustolla , kuultu = 2020-10-06
(sisään) Smail Ahmim Morgan Almanza, Alexander Pasko, Frederic Mazaleyrat Martino LoBue, Lämpöenergian keräysjärjestelmä perustuu magnetokalorisiin materiaaleihin, Eur. Phys. J. Appl. Phys. 85, 10902 (2019)
(in) konvektion paramagneettinen nesteen kuution kuumennettiin ja jäähdytettiin sivuseinämistä ja Sijoitus alla suprajohtava magneetti , lämmönsiirtoa Society of Japan, ai. "Thermal Science & Engineering Vol.14 No.4",2006, 8 Sivumäärä ( lue verkossa )